Có thể điều khiển vị trí bằng các phuong pháp: dùng khâu hiệu chỉnh PID, dùng logic mờ hay dùng các vòng phản hồi tốc độ.. Chức năng cụ thể các thành phần trong PID Khâu tỉ lệ P : Khâu h
Trang 1CHƯƠNG II ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC
I Khái niệm
Điều khiển vị trí động cơ DC là một hệ thống điều khiển được sử dụng rộng rãi hiện nay như điều khiển robot tay máy, cơ cấu ăn giao máy cắt gọt kim loại, kính viễn vọng…công suất có thể từ hàng chục watt đến hàng trăm kw
Chỉ tiêu chất lượng được quan tâm nhiều nhất trong cơ cấu này là độ tác động nhanh, nó phản ánh qua giãn đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc a(t), vị trí ϕ(t)
Có thể điều khiển vị trí bằng các phuong pháp: dùng khâu hiệu chỉnh PID, dùng logic mờ hay dùng các vòng phản hồi tốc độ
II Điều khiển vị trí dùng PID
Phương pháp này rất hay được dùng trong công nghiệp vì nó lấy ưu điểm của từng khâu P, PI, PD
1 Dạng liên tục của khâu PID
Cấu trúc của khâu PID gồm có:
Thành phần UP (t) là tỷ lệ giữa sai số đầu ra của hệ thống thực với giá trị đặt Thành phần UI (t) là tích phân theo thời gian của sai số
Thành phần UD (t) là đạo hàm theo thời gian của sai số
Hàm điều khiển: Ut (t) = U0 + k [e(t) + ∫ + ]
' ) ' ( ) ' (
1
dt
de Td t d t e Ti
= U0 + UP (t)+ UI(t)+ UD(t) Trong đó:
K là độ lợi của hàm điều khiển
Ti là tích phân theo thời gian
Td là đạo hàm theo thời gian t’ là biến tích phân
Trang 2Hàm điều khiển còn có thể biểu diễn dưới dạng biến đổi Laplace như sau:
U(s) -Uo (s) =δ.U(s)= UP(s)+ UI(s)+UD(s)
= K.[1+1/Ti.s+Td.s] E(s) = K.[1+Tis + Ti.Td.s″]E(s)/Tis
2 Khâu PID viết ở dạng rời rạc:
Ta cho hệ số lấy mẫu ngắn bên trong thời gian vi phân có thể được xác lập bởi một sai phân có giới hạn ;Và tích phân qua việc lấy tổng.Chúng ta quan tâm mỗi dạng
ở một thời điểm khác nhau,với sai số được tính toán ở mỗi khoảng lấy mẫu:
e(kh)=uc (kh) - y(kh) Với h là chu kỳ lấy mẫu
2 Chức năng cụ thể các thành phần trong PID
Khâu tỉ lệ (P) : Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ được đưa vào hệ thống nhằm làm giảm sai số xác lập Nhưng với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố và có thể không chấp nhận được với mạch động lực
Khâu vi phân tỉ lệ (PD) : đưa vào hệ thống làm giảm độ vọt lố,đáp ứng ra bớt nhấp nhô và hệ thống có thời gian đáp ứng nhanh hơn.Hệ có sai số xác lập bằng 0 với đầu vào hàm nấc và là hằng đối với đầu vào hàm dốc
Khâu tích phân tỉ lệ (PI) : có mặt trong hệ thống làm triệt tiêu sai lệch chuẩn Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ(PID) : kết hợp những ưu điểm của khâu PI và
PD ,có khả năng tăng độ dự trữ pha ở tần số cắt,khử chậm pha.Sự có mặt của khâu PID ở vòng hồi tiếp có thể dẫn tới sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bị vọt lố bởi hàm dirac δ(t)
3 Cách tính KI, KP, KD
Theo nguyên tắc hiệu chỉnh Ziegler_Nichols: các hệ số KI,KP,KD được xác định từ L và T với L và T được xác định từ tiếp tuyến cuả quỹ đạo quá độ của đầu vào như hình vẽ:
K
t y(t)
Trang 3Kp = 1,2.T/L
Ki = Kp/(2L)
Kd = 0,5T.Kp Gc(s)= Kp(1+1/Tis+Tds) = Kp+Ki/s+Kds
III ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG LOGIC MỜ
Để xử lý thêm các tín hiệu đo và tăng thêm khả năng chuẩn đoán cho hệ thống, cần thay thế ở bước đầu tiên bộ hiệu chỉnh kinh điển bằng các bộ hiệu chỉnh mờ và phát triển thêm hệ điều khiển dựa trên cơ sở của bộ điều khiển mờ này để có được các tính chất mong muốn
IV ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG VÒNG PHẢN HỒI
Phương pháp này gồm ba vòng phản hồi: vòng vị trí ở ngoài cùng và tạo tín hiệu đặt cho vòng tốc độ, ngõ ra của vòng tốc độ lại là tín hiệu đặt cho vòng dòng điện
Tín hiệu vị trí được xác định từ bộ giải mã vị trí là tín hiệu hồi tiếp cho vòng vị trí Sai lệch vị trí được xác định rồi làm giá trị đặt cho vòng tốc độ
Tín hiệu sai lệch tốc độ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại có giới hạn(II) rồi trở thành giá trị đặt cho vòng dòng điện
Tín hiệu sai lệch dòng điện (dưới dạng áp đặt) được khuếch đại bởi bộ khuếch đại (III) và đưa vào điều khiển bộ biến đổi tạo điện áp phần ứng thích hợp Việc đưa thêm vòng dòng điện vào có tác dụng tránh sự tăng giảm dòng điện quá mức khi khởi động và khi sai lệch vận tốc lớn
III II
I
Giải mã vị trí
Biến đổi Khuếch đại KĐ có giới hạn Khuếch đại
Vòng dòng điện Điện áp tỉ lệ dòng điện Vòng tốc độ
Vòng vị trí
V5
ωm
ϕm